eostatistical Modeling of the Spatial Distribution of Physico-Chemical Properties of Soil Cultivated with Cereals Under a Pivot Irrigation System in the Algerian Sahara: A Case Study in Biskra, Algeria

Abstract

Assessing the sustainability of agricultural production systems in irrigated regions demands meticulous examination of soil quality, particularly within cereal-cultivated areas under pivot irrigation systems. This study investigates the intricate spatial dynamics of soil properties within two distinct regions: Ourlal and El Outaya, both situated in Biskra, Algeria. Through systematic sampling and analysis spanning four years of cereal cultivation, we rigorously assessed key parameters including irrigation water quality, granulometry, pH, electrical conductivity (EC), organic matter (OM), and equivalent calcium carbonate (total limestone). In Ourlal, granulometry analysis revealed sandy loam soil dominance, with pH values ranging from moderately alkaline in cultivated soils to slightly alkaline in the reference soil. Notable salinity levels were observed in irrigation water, with EC values indicating high salinity levels in cultivated soils and moderate salinity in reference soils. Total limestone measurements suggested a strongly calcareous character across all sites with low organic matter content. Variogram modeling elucidated Gaussian and Exponential patterns for pH and EC, respectively, underscoring the complex spatial variability of these parameters within cultivated sites. Similarly, in El Outaya, granulometry analysis showcased sandy loam soil dominance, with pH values exhibiting a similar range as in Ourlal. Salinity levels in irrigation water were also noteworthy, with EC values indicating high salinity in cultivated soils and moderate salinity in reference soils. Total limestone measurements confirmed a strongly calcareous character across all sites, accompanied by low organic matter content. The coefficient of variation highlighted minimal spatial variability in organic matter content but significant fluctuations in EC and total limestone values across study sites. Overall, these findings underscore the profound impact of agricultural practices on soil characteristics in both Ourlal and El Outaya, emphasizing the necessity for improved management strategies to ensure the long-term sustainability of farming systems in irrigated regions. By viii

leveraging geostatistical techniques and interdisciplinary insights, future endeavors can further elucidate the intricate dynamics shaping soil quality, paving the way for more informed decision- making and sustainable agricultural practices in challenging environments like the Algerian Sahara.

يتطلب تقييم استدامة أنظمة الإنتاج الزراعي في المناطق المروية فحصنا دقيقا لجودة التربة، لا سيما في المناطق المزروعة بالحبوب في ظل أنظمة الري المحوري تبحث هذه الدراسة في الديناميكيات المكانية المعقدة لخصائص التربة في منطقتين متميزتين أورلال ولوطايا، وكلاهما يقع في بسكرة الجزائر من خلال أخذ العينات والتحليل المنهجي الذي يمتد لأربع سنوات من زراعة الحبوب، قمنا بتقييم المعلمات الرئيسية بدقة بما في ذلك جودة مياه الري، وقياس الحبيبات )، وما يعادلها من كربونات الكالسيوم (إجمالي (OM)، والمواد العضوية (EC ودرجة الحموضة، والتوصيل الكهربائي )الحجر الجيري). في أورلال، كشف تحليل قياس الحبيبات عن هيمنة التربة الطمبية الرملية، حيث تتراوح قيم الأس الهيدروجيني من القلوية المعتدلة في التربة المزروعة إلى القلوية قليلا في التربة المرجعية. ولوحظت مستويات ملوحة ملحوظة في مياه الري، حيث تشير قيم التوصيلية الكهربائية إلى مستويات ملوحة عالية في التربة المزروعة وملوحة معتدلة في التربة المرجعية كما تشير قياسات الحجر الجيري الإجمالية إلى وجود طابع كلسي قوي في جميع المواقع ذات المحتوى المنخفض من المواد العضوية أوضحت نمذجة الفار يوقرام الأنماط الغوسية والأسية للأس الهيدروجيني والناقلية الكهربائية، على التوالي، مما يؤكد التباين المكاني المعقد لهذه المعلمات داخل المواقع المزروعة. وبالمثل، في لوطايا، أظهر تحليل قياس الحبيبات هيمنة التربة الطمبية الرملية، حيث أظهرت قيم الأس الهيدروجيني نطاقا مماثلاً كما هو الحال في أورلال، وكانت مستويات الملوحة في مياه الري ملحوظة أيضا، حيث تشير قيم الناقلية الكهربائية إلى ارتفاع الملوحة في التربة المزروعة والملوحة المعتدلة في التربة المرجعية. أكدت قياسات الحجر الجيري الكلي وجود طابع كلسي قوي في جميع المواقع، مصحوبا بمحتوى منخفض من المواد العضوية كما أبرز معامل التباين الحد الأدنى من التباين المكاني في محتوى المادة العضوية ولكن تقلبات كبيرة في الناقلية الكهربائية وقيم الحجر الجيري الإجمالية عبر مواقع الدراسة. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على التأثير العميق للممارسات الزراعية على خصائص التربة في كل من أورلال ولوطاياء مما يؤكد ضرورة تحسين استراتيجيات الإدارة لضمان الاستدامة طويلة المدى الأنظمة الزراعة في المناطق المروية. ومن خلال الاستفادة من التقنيات الإحصائية الجغرافية والرؤى متعددة التخصصات